Электродуговое напыление (Область применения метода восстановления поверхностей напылением дуговым)

5

Оглавление.

Введение.

Электродуговое напыление — это современный высокотехнологичный способ нанесения металлизационного покрытия на поверхности различных видов, конфигураций и назначений. Металл расплавляется за счет дуги, горящей между двумя проволоками подобранного химического состава, и распыляется струей сжатого воздуха на специально подготовленную поверхность. Подготовка поверхности включает в себя дробеструйную, пескоструйную, механическую или абразивную обработку. Для металлизации используются металлы и сплавы, состоящие из технологических соединений легированных сталей, железа, меди, алюминия, цинка, никеля.
Неоспоримым преимуществом электродугового напыления является отсутствие термических деформаций и разупрочнения металла деталей, т.к. нагрев поверхности не превышает 80ºC. Данная технология позволяет получать широкий спектр износостойких, коррозионностойких, жаростойких, электропроводящих и декоративных покрытий, защищающих металлические изделия и продлевающих срок их эксплуатации.
Метод электродугового напыления дает возможность наносить плотные покрытия на объекты различной формы и размеров, в том числе и на внутренние поверхности диаметром более 60 мм и на глубину до 2-х метров.

Области применения технологии дугового напыления.

1. Восстановление размеров и получение износостойких покрытий на деталях электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания, редукторов и направляющих станков, ходовых систем автомобилей, валах, рабочих колесах и корпусах насосов.

2. Нанесение антифрикционных внутренних и внешних поверхности подшипников скольжения из сплавов на основе железа, меди, алюминия, цинка.

3. Нанесение коррозионностойких покрытий из высокохромистых сталей, никелевых и хромоникелевых сплавов, цинка, алюминия и сплавов меди, обеспечивающих возможность эксплуатации изделий в высокоагрессивных средах.

4. Создание жаростойких покрытий из высокохромистых сталей или никель-алюминиевых и никель-хромистых сплавов, защищающих поверхность металла от окисления при температурах до 1300°С.

5. Получение электропроводных покрытий из меди или алюминия.

6. Нанесение декоративных покрытий из сплавов меди, алюминия, цинка.

7. Получение технологической оснастки (пресс-форм, литьевых форм) точно воспроизводящих мельчайшие детали, формы и размеров модели из металла, дерева, пластика, снижая себестоимость ее изготовления на 50-70%. Технологическая оснастка может использоваться для получения полимерных, резинотехнических деталей, восковых моделей при точном литье, отливок из легкоплавких металлов.

Преимущества.

1. Напылением можно наносить различные покрытия на изделия из самых разнообразных материалов. Так, например, металлы можно наносить на стекло, фарфор, органические материалы (дерево, ткань, бумага) и т.д. 

2. Равномерное покрытие можно напылить как на большую площадь, так и на ограниченные участки больших изделий, тогда как нанесение покрытий погружением в расплав электролитическое осаждение, диффузионное насыщение и другие методы могут быть использованы в основном для деталей, размеры которых не превышают рабочих объемов используемых для этих целей ванн или нагревательных устройств. Напыление является наиболее удобным и высокоэкономичным методом в случаях, когда необходимо нанести покрытие на часть большого изделия. 

3. Напыление и наплавка являются наиболее эффективными способами в случаях, когда необходимо значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных деталей). Этими методами можно наносить слои толщиной в несколько миллиметров. 

4. Оборудование, на котором производят напыление, является сравнительно простым и легким и его можно достаточно быстро перемещать. Для газопламенного напыления достаточно иметь компрессор, который можно также использовать для предварительной пескоструйной обработки 
   поверхности основы, горелку для напыления и баллоны с газами. Если же имеется источник электроэнергии, то напыление можно производить электрическими методами. 

5. Для напыления можно использовать различные металлы и сплавы, а также большое число соединений и их смеси. Можно напылять различные материалы в несколько слоев, что позволяет получать покрытия со специальными характеристиками.

6. Основа, на которую производится напыление, мало деформируется, тогда как при других методах нанесения покрытий необходимо нагревать до высокой температуры всю деталь или большую ее часть, что часто приводит к ее деформации.

7. Напыление можно использовать для изготовления деталей различной формы. В этом случае напыление производят на поверхность оправки, которую после окончания процесса удаляют: остается оболочка из напыленного материала. 

8. Технологический процесс напыления обеспечивает высокую производительность нанесения покрытия и характеризуется относительно небольшой трудоемкостью.

Описание метода электродугового напыления.

В электрометаллизаторе установлены направляющие, через которые непрерывно производится подача двух распыляемых проволок. Между концами этих проволок возбуждается электрическая дуга. В центральной части электрометаллизатора имеется сопло, через которое подается сжатый 
воздух. Струя сжатого воздуха отрывает с проволок-электродов частицы расплавленного металла и уносит их к напыляемой поверхности. 

Электрометаллизатор может работать как на постоянном, так и на переменном токе. При использовании переменного тока дуга горит неустойчиво и сопровождается большим шумом. При постоянном токе характер работы является устойчивым, напыленный материал имеет 
мелкозернистую структуру, производительность напыления высокая. Поэтому в настоящее время для дугового напыления используют источники постоянного электрического тока. Для напыления обычно используют проволоку диаметром 0,8: 1,0; 1,6 и 2,0 мм. 

Преимуществом способа электродуговой металлизации является высокая производительность процесса и возможность значительного сокращения затрат времени на напыление. Например, при силе тока 750 А можно напылять стальное покрытие с производительностью 36 кг/ч, что превышает в несколько раз производительность газопламенного напыления. По сравнению с газопламенным напылением металлизация позволяет получать более прочные покрытия, которые лучше соединяются с основой. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава. Эксплуатационные затраты электрометаллизатора довольно небольшие. При напылении покрытия распылением двух электродов из разнородных материалов желательно использовать такие электрометаллизаторы, которые бы позволяли производить отдельную регулировку скорости подачи каждого электрода. 

Недостатком рассматриваемого метода является перегрев и окисление напыляемого материала при малых скоростях подачи распыляемой проволоки. Кроме того, большое количество теплоты, выделяющейся при горении дуги, приводит к значительному выгоранию легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав (например, содержание углерода в материале покрытия снижается на 40-60%, а кремния и марганца-на 10-15%). Это необходимо иметь в виду и применять для напыления проволоку, содержащую повышенное количество легирующих элементов.

Состав операций процесса напыления.

• предварительная обработка поверхности основы для обеспечения прочного сцепления напыляемого материала; 

• напыление материала на основу горелкой для напыления; 

• обработка покрытия после напыления, если в этом есть необходимость (термическая обработка, уплотнение покрытия, отделочная обработка).

Предварительная подготовка основы.

Предварительная обработка поверхности основы является важным фактором для обеспечения прочного сцепления напыленного покрытия с деталью, так как в большинстве случаев соединение напыленного покрытия с основой происходит в результате механического сцепления. Следовательно, для того чтобы напыляемые частицы, которые ударяются и деформируются об основу, прочно сцеплялись с неровностями поверхности, основа должна быть достаточно шероховатой. 

Помимо механического соединения напыленного покрытия с основой возможны и другие виды соединений, например сплавление напыляемого материала с материалом основы, образование химических соединений и т.д. 

Увеличение прочности механического зацепления связано с увеличением площади поверхности основы и созданием большей активности основы, что также важно и для других видов соединений. Поэтому создание развитой шероховатости на поверхности основы является важным требованием. Однако обеспечение шероховатости поверхности еще недостаточно для получения прочного соединения покрытия с основой.

 Перед предварительной обработкой поверхности необходимо провести промывку и, насколько это возможно, удалить влагу, масло и другие загрязнения, а также окисные пленки. В деталях из пористых материалов и чугунных отливках в порах может содержаться масло, которое при напылении в результате нагревания выделяется на поверхность, что в значительной степени ухудшает сцепление покрытия с основой. Поэтому такие детали после обычного обезжиривания должны быть подвергнуты отжигу при температуре 260-530°С, в процессе которого происходит выгорание масла, содержащегося в порах. Окисные пленки удаляют с поверхности в основном механически обдувкой кварцевым песком, корундом или стальной крошкой. Для удаления окисных пленок со стальных деталей иногда используют травление в азотной, соляной и других кислотах.

Способы подготовки поверхности.

Существуют следующие способы подготовки поверхности перед напылением: дробеструйный; механический; напыление тонкого подслоя молибдена, прочно сцепляющегося с основой; электроискровой, при котором на поверхности остаются наваренные частицы присадочного материала; химический.

Дробеструйная обработка.

Используют два типа устройств: пневматические и центробежные. В устройствах с пневматической подачей абразивные частицы разгоняются сжатым воздухом и, вытекая из сопла в виде струи, ударяются с большой скоростью об обрабатываемую поверхность. В центробежных устройствах абразивные частицы непрерывно подаются во вращающееся с большой скоростью лопаточное колесо, где они разгоняются и под действием центробежных сил устремляются на обрабатываемую поверхность. 
Проволоки-электроды напыляемого материала подаются по направляющим горелки, к которым подведено напряжение. При замыкании между концами проволок образуется дуга. При напряжении 15-25 В образуется дуга, которая носит неустойчивый, прерывистый характер. При больших значениях напряжения дуга становится непрерывной и устойчивой. Хорошие результаты горения дуги получаются в том случае, когда дуговой промежуток является небольшим и составляет примерно 0,8 мм. 
В электрометаллизаторе угол между электродами (напыляемой проволокой) обычно составляет 30-60°. При углах, превышающих 60°, процесс напыления становится чувствительным к изменению условий напыления и нестабильным. При работе электрометаллизатора на постоянном токе напыляемая проволока, выполняющая функции анода, расплавляется приблизительно на 50% быстрее, чем катод (теоретически на аноде выделяется 66% тепловой энергии дуги). Значит, анодную проволоку следует подавать быстрее катодной. Однако на практике не возникает 
необходимости в разных скоростях подачи электродов. Поэтому проволоки подаются с одинаковой скоростью. 

Наиболее важным при напылении является правильная регулировка тока, позволяющая уравновесить скорости подачи проволок со скоростью их расплавления и таким образом обеспечить постоянство длины дуги. При напылении расстояние от электрометаллизатора до покрываемой поверхности обычно составляет 100-200 мм.

Обработка напыленных покрытий.